有源前端AFE的原理与应用

Click to edit Mastear title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Emerson CT,驱动系统培训,AFE,整流回馈系统,AFE,整流回馈系统,代替制动电阻，将负载侧产生的能量回馈至电网,节能增效的应用之一,正弦波线电流，单位功率因数,功率配置要求，低于常规不可控二极管整流,使用,SP/SPM,驱动器中的,Regen,操作方式，可使之成为,AFE,整流器,AFE,整流回馈系统,传统变频控制系统的整流单元,不可控二极管整流元件。,5,、,7,次谐波高,电流单相导通,无能量回馈，需要配置制动单元,直流侧电压不可控,电源电压不能低于电机额定电压,成本低，维护简单,AFE,整流回馈系统,AFE,变频控制系统的整流单元,有源可控,IGBT,整流元件，开通,/,关断均可控,电流双向流通,无需制动单元,PWM,控制，完美无谐波,容许电源电压低于电机电压,AFE,整流回馈系统,-,原理,AFE,整流回馈单元提供正选电压输出,AFE,回馈电压通过输入电抗器融入电网,通过,LCL,滤波，,AFE,回馈输出纯正弦电压,通过,LCL,滤波，,AFE,回馈输出纯正弦电流,AFE,整流回馈,-,向量图,全载时，,Vr,与,Vs,之间夹角约为,5,o,，,PF,值接近,1,内部直流电压,PI,调节，实现能量双向传递,锁相环控制,空间矢量调节器，百微秒级的响应,PWM,整流,二极管整流,AFE,整流回馈,-,线电流波形,显著降低谐波电流,二极管整流时，电流谐波含量为48%,PWM,整流时，电流谐波含量为6%,0,5,10,15,20,25,30,1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,Diode rectifier,PWM rectifier,AFE,整流回馈,-,电流谐波成分,AFE,整流回馈,-,组成,可用于,AFE,整流的驱动器,LCL,滤波回路,高频滤波电抗器,高频滤波电容,回馈电抗器,预充电回路,浪涌吸收回路,AFE,整流回馈,-AFE,驱动器,可用于,AFE,整流的驱动器，如,UnidriveSP,/SPMD,系列,将,IGBT,逆变器反接电源，作为,IGBT,整流器,AFE,整流器的容量选择，无需考虑无功功率,AFE,整流器的功率,=1.732*,额定驱动电流*电网电压,电机驱动器的功率,=1.732*,电机额定电流*电机额定电压*电机功率因数,常规一拖一,AFE,系统，,AFE,整流器与电机驱动器型号功率相同，无需扩容,AFE,整流回馈,LCL,滤波回路,高频滤波电抗器,Lf,防止高频谐波电流,(3 kHz),流入电网,防止接地漏电流流入驱动回路,高频滤波电容,Cf,消除高频谐波电压,回馈电抗器,Lregen,PWM,输出滤波电抗器,AFE,整流回馈,-,浪涌电压保护回路,Z500LP,内置,EMC,滤波器，在,AFE,系统中，禁止使用，必须拆除,SP sizes 1 to 3,Removal of internal EMC filter,SP sizes 4 to 6,SPMA,SPMD,Removal of internal EMC filter,EMC,滤波器会使,AFE,系统,存在安全隐患和谐波干扰,AFE,整流回馈,-,注意,AFE,整流回馈,预充电回路,目前的,AFE,系统预充电方式有两种,限流电阻单相供电预充电回路,半控整流桥三相供电预充电回路,AFE,整流回馈,预充电回路,AFE,系统预充电逻辑,送电，将预充电回路接触器投入,充电，限流电阻充电方式，是通过,AFE,整流,IGBT,附带的续流二极管，单相充电,半控桥充电方式，是直接对直流母线充电,得电，,315Vdc,的直流电压时，就可以使,AFE,整流单元的,CPU,控制。,切电，,430Vdc,时，,AFE,整流单元检测充电完成，发出指令，切断充电回路，投入主回路,供电，,AFE,整流送电完成，待机运行,AFE,整流回馈,-,熔断器,电源电缆及变压器的事故保护,限制回馈及驱动单元的过度能量传递，而造成事故，如火灾,AFE,整流回馈系统,-,驱动单元,将直流电压转换为可调节的电压,/,频率，提供电机调速运转的交流电源,实现直流电源与电机之间的能量传递,驱动单元无需交流电源供电,也称逆变器单元,AFE,系统,-,功率配置,AFE,整流单元 选型,-,无需考虑无功功率,驱动单元选型,-,需要考虑无功功率,AFE,系统,-,动力配置案例,1,电源电压,400Vac,，电机,400Vac/0.85PF,选用两台,25A“11kW”,驱动器，一台作整流，一台作驱动,AFE,整流器功率,功率,=,3*,额定电流,*,电源电压,=1.73*25*400=17.3 kW,电机驱动器功率,功率,=,3*,额定电流,*,额定电压,*,功率因数,=1.73*25*400*0.85=14.7kW,配置成功！,AFE,功率,电机功率,AFE,系统,-,动力配置案例,2,电网电压,380V-10%,电机,75KW/400V/1.75OL/156A/0.95PF,，拟用两台,156A“75kW”,驱动器,最大,AFE,整流器功率,=,3*175%,*,额定电流,*,电源电压,=1.73*156*1.75*342=161.7kW,最大电机驱动器功率,=,3*175%,*,额定电流,*,额定电压,*pf,=1.73*156*1.75*400*0.95=179.7kW,配置失败！由于电网电压偏低，导致,AFE,功率低于驱动功率,AFE,系统,配置方案,1-,单,AFE,整流 配 单驱动,配置方案,2-,单,AFE,整流 配 多传动驱动,AFE,系统,配置方案,2-,多,AFE,整流 配 多传动驱动,AFE,系统,AFE,系统,-AFE,整流单元工作时序,AFE,驱动使能时，进入电网同步工作时序,使用脉冲测试法，检测电网电压与相位,电网同步完成，直流母线电压控制器工作，将直流母线电压调整到设定电压,上述动作成功实现后，电机驱动单元允许工作,主电源掉电模式的选择,禁用停车模式,主电源掉电时，,AFE,回馈驱动器会禁止电机驱动器的控制,无法使用自动启动功能,主电源掉电时，,AFE,驱动器会禁止电机驱动器，且清楚内部运行联锁信号,如果使用非联锁时序模式,(i.e.#6.04=0),，电机驱动器将重新启动,AFE,系统,-,电机驱动,单元工作时序,AFE,系统,-,状态显示,INH -,AFE,驱动禁止,ACT -,AFE,运行，完成同步,Technical Data,电源电压,(400V,等级,)380Vac to 480Vac,+,10%,电源频率,48Hz to 65Hz,AFE,驱动允许的工作电压和能够执行的同步电压,:,the DC Link voltage is below 410Vdc,the AC Supply voltage is below 150Vac,直流母线设定,(Pr,3.05,),50Hz,380Vac Supply =Min 590Vdc,Default,700Vdc,Max 800Vdc,60Hz,480Vac Supply =Min 730Vdc,Default,780Vdc,Max 800Vdc,直流母线电压设定值必须大于,(Vac*,2,+,50)Vdc,Adjustable DC Bus voltage set-point will allow,Motor of 460Vac to be operating on 380Vac supply(normally motor voltage limited to approx,360Vac).,In this case increased current is drawn from the supply and a larger Regen drive may be required.,AFE,系统,-,关于电流谐波的影响,高于十倍电源频率的主电源电压波形的频繁畸变，会导致,AFE,驱动锁相环控制失败,由于,AFE,驱动电流环响频带宽的限制，同电网直流驱动器工作时产生的电网电压缺口，会影响,AFE,驱动的正常工作,电网电压的畸变，会导致,AFE,驱动在使能时，频繁执行电网同步功能,电网电压,/,电流规范,常用符号,:-,I,Drive,AFE,驱动器的满载额定电流,I,Supply,电网额定电流,I,Short,电网短路电流,f,SW,AFE,驱动载频,R,SC,电网短路电流比率,L,Supply,电网感抗,Z,50Hz,50Hz,电网阻抗,IEC 1000-3-4 Stage 3,下属条件下，无需安装,SFF,电抗器,(,I,Supply,/I,Drive,),(50/f,SW,),G5.3 Stage 3(1),50Hz,电网阻抗,Z,50Hz,(1.7/I,Drive,),若电网阻抗为纯感性,L,supply,1/(185*,I,drive,电网阻抗决定其短路电流,R,SC,=,I,short,/I,supply,不安装,SFF,滤波器，若需达到,G5.3,标准，则,(,I,supply,/I,drive,),140/R,SC,G5.3 Stage 3(2),常规变电所变压器的,5%,漏感阻抗,R,SC,20,(I,supply,/I,drive,),7,也就是说，使用,5%,阻抗的变压器，其额定电流必须高于,AFE,驱动额定电流的,7,倍，否则需要安装谐波滤波器,AFE,系统,-,驱动布线,电网至,AFE,回馈电抗器之间的电缆无特殊要求,应尽力保证电缆越短越好,过长的无屏蔽电缆，会干扰通讯系统及信号电缆,如果电缆长度超过,5,米，建议使用屏蔽或铠装电缆，并将屏蔽层接驱动器地,多传动,AFE,系统中的直流母线侧熔断器保护,熔断器选择,700VDC,直流母线电压时，直流母线电流约等于电机驱动器满载电流,(400V motor),建议使用半导体式熔断，选择两倍于电机驱动满载电流的两倍的熔断器额定电流,注意熔断器的使用环境，直流无感,700VDC,直流回路,Unidrive,Regen,SPMC,SPMA,SPMD,SP1,SP2,SP3,SP4,SP5,SP6,Master,Slave,Slave,Master,Controlled,Rectifier,